DE102010046467A1 - Device, useful for manufacturing, repairing and/or replacing component, preferably aircraft component by powder solidifiable by radiation energy of radiation energy source, comprises fixed construction platform with frame - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels wenigstens eines durch eine Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers. Das Bauteil ist hier beispielsweise ein Flugzeugbauteil, wie z. B. ein Schaufelelement eines Flugzeugtriebwerks, beispielsweise eines Turbinenstrahltriebwerks. Grundsätzlich können die Vorrichtung und das Verfahren aber auch für jedes andere Bauteil eingesetzt werden, das mittels eines durch Energiestrahlung verfestigbaren Pulvers herstellbar oder bearbeitbar ist. Das Pulver wird dabei, um verfestigt zu werden, durch die Energiestrahlung gesintert oder geschmolzen.The present invention relates to a device for producing, repairing and / or replacing a component by means of at least one powder which can be solidified by an energy radiation. The component is here, for example, an aircraft component such. B. a blade element of an aircraft engine, such as a turbine engine. In principle, however, the device and the method can also be used for any other component which can be produced or processed by means of a powder which can be solidified by energy radiation. The powder is thereby sintered or melted by the energy radiation to be solidified.
Aus dem Stand der Technik, wie er in der
Bei dieser Vorrichtung muss die Teileplattform verfahren werden. Das hat den Nachteil, dass Bauteile, die auf der Teileplattform aufgebaut werden, häufig raue Oberflächen aufweisen, da die Teileplattform beim schichtweisen Verfahren, nicht immer exakt positioniert werden kann. Das hat zur Folge, dass Bauteilschichten zueinander leicht versetzt sein können, was zu einer rauen Oberfläche führt.In this device, the part platform must be moved. This has the disadvantage that components that are built on the part platform, often have rough surfaces, since the part platform in the layered process, not always can be accurately positioned. This has the consequence that component layers can be slightly offset from one another, which leads to a rough surface.
Ein sehr großer Nachteil ist, dass durch das Anlagenkonzept der Bauraum begrenzt ist.A very big disadvantage is that the installation space limits the installation space.
Des Weiteren ist aus der
Bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung ist die Strahlquelle, d. h. hier der Sinter-Laser, selbst fest. Stattdessen ist der Scanner verfahrbar ausgebildet und dazu auf einer Art Kreuzschlitten positioniert.In the apparatus described above, the beam source, i. H. here the sintering laser, even firm. Instead, the scanner is designed movable and positioned on a kind of cross slide.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren bereitzustellen zum Herstellen bzw. Ausbilden, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch eine Energiestrahlung zu verfestigenden Pulvers.The object of the invention is to provide an improved device and an improved method for producing or repairing and / or replacing a component by means of a powder to be solidified by energy radiation.
Gemäß der Erfindung werden nun eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden, zum Reparieren und/oder zum Austauschen eines Bauteils bereitgestellt.According to the invention, there is now provided an apparatus and method for forming, repairing and / or replacing a component.
Genauer gesagt wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils mittels eines durch eine Energiestrahlung einer Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulvers, wobei die Vorrichtung eine feststehende Bauplattform mit einem die Bauplattform umgebenden Rahmen zur Aufnahme eines Pulvers auf der Bauplattform aufweist, wobei der Rahmen verfahrbar ausgebildet ist.More specifically, an apparatus is provided for fabricating, repairing and / or replacing a component by means of a powder solidifiable by energy radiation of an energy source, the apparatus comprising a fixed build platform having a frame surrounding the build platform for receiving a powder on the build platform, the frame is formed movable.
Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass durch die feststehende Bauplattform und den zu der Bauplattform beweglichen Rahmen zum Aufbringen des Pulvers Bauteile mit einer besseren Oberfläche hergestellt werden können. Dadurch, dass die Bauplattform nicht bewegt wird sondern nur der Rahmen, kann das Risiko des Auftretens eines Versatzes bei den verfestigten Pulverschichten vermieden werden. Dadurch kann die Oberfläche des Bauteils verbessert werden.The device has the advantage that components with a better surface can be produced by the fixed construction platform and the frame movable to the construction platform for applying the powder. The fact that the construction platform is not moved but only the frame, the risk of the occurrence of an offset in the solidified powder layers can be avoided. As a result, the surface of the component can be improved.
Der Bauraum kann auf diese Weise einfacher vergrößert werden, wodurch größere Bauteile hergestellt werden können. The space can be easily increased in this way, allowing larger components can be produced.
Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt, zum Herstellen, Reparieren und/oder Austauschen eines Bauteils, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Energiestrahlungsquelle zum Verfestigen eines mittels der Energiestrahlungsquelle verfestigbaren Pulvers;
Bereitstellen einer feststehenden Bauplattform mit einem die Bauplattform umgebenden beweglichen Rahmen zur Aufnahme des Pulvers auf der Bauplattform;
Bewegen des Rahmens derart, dass eine Pulverschicht des Pulvers auf die Bauplattform aufbringbar ist: und
Verfestigen eines Bauteilbereichs der Pulverschicht durch die Energiestrahlungsquelle.Furthermore, a method is provided for producing, repairing and / or replacing a component, the method having the following steps:
Providing an energy radiation source for solidifying a powder solidifiable by the energy radiation source;
Providing a fixed building platform with a movable frame surrounding the build platform for receiving the powder on the build platform;
Moving the frame such that a powder layer of the powder is applied to the build platform: and
Solidifying a component region of the powder layer by the energy radiation source.
Durch das Bewegen des Rahmens und nicht der Bauplattform zum schichtweisen Auftragen des Pulvers und anschließendem Verfestigen des Bauteilbereichs des Pulvers, kann ein Versatz der einzelnen Pulverschichten vermieden und Bauteile mit einer glatteren Oberfläche hergestellt werden.By moving the frame rather than the build platform to apply the powder layer by layer and then solidify the component area of the powder, an offset of the individual powder layers can be avoided and components with a smoother surface can be produced.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the description with reference to the drawings.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Energiestrahlung der Energiestrahlungsquelle zumindest in einer Senkrechten (Z-Richtung) einstellbar ist. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem Fokus des Energiestrahls, z. B. eines Laserstrahls, so eingestellt werden, dass er auf die jeweilige Pulverschicht trifft, so dass die jeweilige Pulverschicht geeignet in einem Bauteilbereich verfestigt werden kann.In one embodiment of the invention, the energy radiation of the energy radiation source is adjustable at least in a vertical (Z-direction). In this way, the distance between the focus of the energy beam, z. As a laser beam, are adjusted so that it meets the respective powder layer, so that the respective powder layer can be suitably solidified in a component region.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Energiestrahlung der Energiestrahlungsquelle zusätzlich in wenigstens einer oder zwei zusätzlichen Raumrichtungen bzw. in der X- und/oder Y-Richtung beweglich. Dadurch kann der Energiestrahl praktisch parallel oder in einer horizontalen Richtung oder horizontalen Ebene zu dem jeweiligen Pulverbett bewegt werden und dieses im Bauteilbereich verfestigen.In another embodiment according to the invention, the energy radiation of the energy radiation source is additionally movable in at least one or two additional spatial directions or in the X and / or Y direction. As a result, the energy beam can be moved virtually parallel or in a horizontal direction or horizontal plane to the respective powder bed and solidify it in the component area.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. Show it:
Die Erfindung ist insbesondere auf das Anwendungsgebiet der generativen Fertigung zur Herstellung von Bauteilen gerichtet. Dazu gehört das sog. Rapid Manufacturing oder auch das sog. Rapid Prototyping. Bei der generativen Fertigung werden Bauteile insbesondere schichtweise durch Materialauftrag aufgebaut. Hierbei wird bei den entsprechenden Verfahren, die als Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) oder 3D-Printing bekannt sind, der hinzuzufügende oder aufzutragende Werkstoff in Pulverform verarbeitet. Das Pulver wird hierbei insbesondere schichtweise auf eine Bauplattform oder einen Träger aufgetragen. Anschließend wird die Pulverschicht selektiv mittels einer Energiestrahlung verfestigt, wie z. B. eines Laserstrahls oder Elektronenstrahls.The invention is directed in particular to the field of application of additive manufacturing for the production of components. This includes so-called rapid manufacturing or so-called rapid prototyping. In generative manufacturing, components are built up, in particular, in layers by material application. Hereby, in the corresponding processes known as Electron Beam Melting (EBM), LaserCusing, Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM) or 3D Printing, the material to be added or applied is processed in powder form. The powder is hereby applied in particular layer by layer on a building platform or a carrier. Subsequently, the powder layer is selectively solidified by means of energy radiation, such as. B. a laser beam or electron beam.
Die Verfestigung der jeweiligen Pulverschicht erfolgt dabei normalerweise auf Basis von Geometriedaten des herzustellenden Bauteils. Dabei kann der Bereich der Pulverschicht z. B. abgescannt und der zu der entsprechenden Bauteilschicht gehörende Abschnitt mittels Energiestrahlung verfestigt werden. Durch Einwirken der Energiestrahlung schmilzt oder versintert das Pulver in diesem Bereich. Im Fall des 3D-Printings wird die Pulverschicht verfestigt, indem ein Binder selektiv in die zum Bauteil gehörenden Bereiche eingebracht wird. Anschließend kann die Bauplattform oder der Träger um eine Schichtdicke verfahren, z. B. abgesenkt werden. Daraufhin wird eine neue Pulverschicht darüber aufgetragen und wiederum verfestigt. Auf diese Weise kann Schicht für Schicht das Bauteil, wie beispielsweise ein Schaufelelement oder ein Teil eines Schaufelelements, aufgebaut oder ergänzt werden, z. B. im Falle einer Reparatur.The solidification of the respective powder layer is normally carried out on the basis of geometric data of the component to be produced. In this case, the area of the powder layer z. B. scanned and belonging to the corresponding component layer section are solidified by energy radiation. The powder melts or sinters in this area as a result of the action of energy radiation. In the case of 3D printing, the powder layer is solidified by selectively introducing a binder into the component-associated areas. Subsequently, the construction platform or the carrier can be moved by a layer thickness, for. B. be lowered. Then a new layer of powder is applied over it and solidified again. In this way, layer by layer, the component, such as a blade element or a part of a blade element, built or supplemented, for. B. in the case of a repair.
In
Wie in
In
Zum Verfestigen der jeweiligen Pulverschicht in ausgewählten Bereichen, hier den Bauteilbereichen, wird der Energiestrahl
Dazu kann z. B. die Energiestrahlungsquelle
Da die Bauplattform
Grundsätzlich kann aber auch ein zusätzlicher Scanner
Wie in
Neben einem Strahl
In
Gemäß der Erfindung wird eine feststehende Bauteilplattform mit einem sie umgebenden beweglichen Rahmen bereitgestellt. Dabei wird der Rahmen in eine Position gefahren (Schritt S1) in welcher eine Pulverschicht auf die Bauteilplattform über eine Beschichtungseinrichtung aufgetragen wird. Der Energiestrahl der Energiestrahlungsquelle wird so eingestellt, dass er die aufgetragene Pulverschicht in vorbestimmten Bauteilbereichen verfestigt. Dazu wird beispielsweise die Energiestrahlungsquelle über eine Verstelleinrichtung entsprechend in Z-Richtung positioniert (Schritt S2). Über die Energiestrahlungsquelle wird dann das Pulver in den Bauteilbereichen verfestigt (Schritt S3). Wie zuvor beschrieben ist zur Positionierung des Energiestrahls relativ zu der jeweils aufgetragenen Pulverschicht, die Energiestrahlungsquelle, ein Teil der Energiestrahlungsquelle, wenigstens ein Teil eines optischen Strahlführungssystems für einen Energiestrahl und/oder wenigstens ein Lichtwellenleiter zum Leiten eines Energiestrahls relativ zu dem Pulverbett auf und ab bzw. in Z-Richtung bewegbar ausgebildet oder angeordnet. Auf diese Weise kann der Energiestrahl geeignet eingestellt werden, um das Pulverbett zu verfestigen. Beispielsweise kann ein Laserstrahl mit seinem Focus so eingestellt werden, dass er mit seinem Focus immer auf das Pulverbett trifft und so das Pulver geeignet verfestigt.According to the invention, a fixed component platform is provided with a surrounding movable frame. In this case, the frame is moved to a position (step S1) in which a powder layer is applied to the component platform via a coating device. The energy beam of the energy radiation source is adjusted so that it solidifies the applied powder layer in predetermined component areas. For this purpose, for example, the energy radiation source is positioned correspondingly in the Z direction via an adjusting device (step S2). The powder is then solidified in the component regions via the energy radiation source (step S3). As described above, for positioning the energy beam relative to the respective powder layer applied, the energy radiation source, a part of the energy radiation source, at least a part of an optical beam guidance system for an energy beam and / or at least one optical fiber for guiding an energy beam relative to the powder bed ., formed or arranged movable in the Z direction. In this way, the energy beam can be suitably adjusted to solidify the powder bed. For example, a laser beam with its focus can be adjusted so that it always hits with its focus on the powder bed and thus solidifies the powder suitable.
Die bewegliche Strahlenquelle (d. h. Energiestrahlungsquelle, Strahlführungssystem oder Lichtleiter) hat den Vorteil, dass sie die Flexibilität erhöht und außerdem einen vergrößerten Bauraum ermöglicht. So kann die Anlageflexibilität gesteigert werden. Große Bauräume können dabei für viele und/oder große Bauteil vorgesehen werden mit einer oder mehreren Bauteilplattformen und rahmen. Des Weiteren können kleine Bauräume für die wirtschaftliche Herstellung von Kleinteilen benutzt werden. Zwei Varianten einer beweglichen Strahlenquelle sind insbesondere von Bedeutung. Eine Beweglichkeit nur in Z-Richtung erlaubt die Steigerung der Bauhöhe. Eine Beweglichkeit in alle Raumrichtungen, d. h. X-, Y- und Z-Richtung erlaubt eine Vergrößerung des Bauraums in allen Dimensionen. Außerdem kann mit einem solchen Anlagekonzept eine Energiestrahlungsquelle für mehrere Bauräume genutzt werden. Auf diese Weise kann der Nachteil der langen Abkühlvorgänge, welche bisweilen länger sein können als die Herstellung selbst, z. B. bei der Elektronenstrahltechnik neutralisiert oder zumindest reduziert werden.The movable source of radiation (i.e., energy source, beam delivery system, or fiber) has the advantage of increasing flexibility and also allowing increased space. In this way the investment flexibility can be increased. Large installation spaces can be provided for many and / or large component with one or more component platforms and frame. Furthermore, small spaces can be used for the economic production of small parts. Two variants of a mobile radiation source are of particular importance. A mobility only in Z-direction allows the increase in height. A mobility in all spatial directions, d. H. X-, Y- and Z-direction allows an increase of the installation space in all dimensions. In addition, with such a system concept, an energy radiation source can be used for several installation spaces. In this way, the disadvantage of long cooling processes, which can sometimes be longer than the production itself, z. B. neutralized in the electron beam technology or at least reduced.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.Although the present invention has been described above with reference to the preferred embodiments, it is not limited thereto, but modified in many ways. In particular, the embodiments described above can be combined with one another, in particular individual features thereof.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- Bauteilcomponent
- 1414
- EnergiestrahlungsquelleEnergy radiation source
- 1616
- Pulverpowder
- 1818
- Energiestrahlungenergy radiation
- 2020
- Bauplattformbuilding platform
- 2222
- Rahmenframe
- 2424
- Beschichtungseinrichtungcoater
- 2626
- Verstelleinrichtungadjustment
- 2828
- Scannerscanner
- 3030
- Computercomputer
- 3232
- Prozeßkammerprocess chamber
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2008/125497 A1 [0002] WO 2008/125497 A1 [0002]
- DE 10053742 C5 [0005, 0026] DE 10053742 C5 [0005, 0026]
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DE102010046467A1 true DE102010046467A1 (en) | 2012-03-29 |
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ID=45804612
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20120411 |